Desenvolvimento de membranas de nanocelulose bacteriana e fucoidano para regeneração da pele

Abstract

O corpo humano é suscetível a um grande número de lesões, como é o caso das feridas cutâneas, que são consideradas o tipo de lesão mais frequente. Normalmente, as feridas são curadas de forma natural pelo corpo, contudo, vários fatores, como a idade e inflamação, podem dificultar esta reparação natural, existindo assim uma preocupação crescente quanto ao tratamento de feridas e regeneração da pele. São vários os tratamentos que podem ser aplicados na regeneração de pele sendo, contudo, os curativos (pensos) os mais utilizados. O uso de polímeros naturais para o desenvolvimento de novos materiais para aplicação na regeneração da pele tem demonstrado enormes potencialidades, como é o caso das membranas de nanocelulose bacteriana (BC). Apesar das suas inúmeras vantagens, as membranas de BC carecem de algumas propriedades e/ou funcionalidades, como atividade anti-inflamatória, pelo que são normalmente combinadas com outras substâncias que apresentam as funcionalidades desejadas. Neste sentido, o fucoidano, um polissacarídeo proveniente de algas castanhas, surge como um possível candidato para incorporação nas membranas de BC, uma vez que apresenta inúmeras propriedades benéficas para a saúde, sendo algumas fundamentais no processo inflamatório e de regeneração tecidual. Neste trabalho foram desenvolvidas membranas de BC e fucoidano (5,10 e 15% m/m, em relação à massa de BC), utilizando glicerol (5% v/v do volume total de solução) como plastificante. Estas foram caracterizadas por espetroscopia de Ultravioleta-visível (UV-vis), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier acoplada a reflexão total atenuada (FTIR-ATR), microscopia eletrónica de varrimento (SEM), análise termogravimétrica (TGA), ensaios mecânicos e absorção de água. Por UV-vis foi possível verificar as propriedades óticas das membranas na região do visível e do ultravioleta. Na análise de FTIR-ATR das membranas compósitas foram identificados picos característicos do fucoidano e da BC e as micrografias de SEM revelaram também a sua incorporação nas membranas. Através da TGA verificou-se o perfil de degradação térmica das membranas, influenciado sobretudo pelo glicerol, com temperaturas de degradação iniciais de cerca de 100ºC e de degradação máxima aos 230ºC. Adicionalmente, estes compósitos apresentaram uma elevada capacidade de absorção de água e boas propriedades mecânicas (Módulo de Young= 232,3 ± 41,9 MPa, Resistência à tração= 30,8 ± 6,8 MPa, Elongação até rutura= 31,1 ± 6,4%) considerando a aplicação em questão. Foram também realizados ensaios de atividade biológica do fucoidano extraído, tendo-se observado elevada atividade antioxidante (2,6 a 62,4%) para concentrações de 0,17-1,17 mg.mL-1. O fucoidano não apresentou citotoxicidade até 200 μg.mL-1, mas não foi possível concluir acerca da sua atividade anti-inflamatória, já que se mostrou indutor da produção de óxido nítrico em células de macrófagos de ratinhos leucémicos, RAW 264.7, embora esta tenha sido inibida, em parte, aquando estimulação com lipopolissacarídeo (LPS). Assim, podemos concluir que a incorporação de fucoidano nas membranas de BC foi bem sucedida, tendo estes compósitos características que permitem ponderar a sua aplicação como pensos/curativos para a regeneração da pele.

The human body is susceptible to many injuries, as is the case of cutaneous wounds, which are considered the most frequent type of injury. Usually, wounds are naturally cured by the body, however, several factors, such as age and inflammation, can difficult this natural repair, creating a growing concern about wound treatment and skin regeneration. There are several treatments that can be applied in the regeneration of skin, however, dressings are the most used. The use of natural polymers for the development of new materials for application in skin regeneration has demonstrated enormous potential, as is the case of bacterial nanocellulose (BC) membranes. Despite their many advantages, BC membranes lack for some properties and or functionalities, such as anti-inflammatory activity, so they are usually combined with other substances that have the desired functionalities. In this sense, fucoidan, a polysaccharide derived from brown algae, appears as a possible candidate to be incorporated into bacterial nanocellulose membranes, since it has numerous beneficial properties for health, some of which are essential in the inflammatory process and tissue regeneration. In this work, BC and fucoidan membranes (5, 10 and 15% w/w, relative to BC) were developed using glycerol (5% v/v, relative to the total volume of solution) as a plasticizer. These were characterized by Ultraviolet-Visible (UV-vis) spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy with attenuated total reflection (FTIR-ATR), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), mechanical tests and water absorption. UV-vis spectra showed membrane’s optical properties in the visible and ultraviolet region. The FTIR-ATR spectra of the BC-Fucoidan membranes showed the characteristic peaks of BC and fucoidan and SEM analysis also revealed the incorporation of fucoidan in the membranes. TGA showed the degradation profile of the composites, influenced essentially by the presence of glycerol, with initial peaks at 100ºC and maximum degradation occurring at 230ºC. In addition, these composites have a high water absorption capacity (Wmax = 18.5x pure BC) and good mechanical properties (Young’s modulus = 232.3 ± 41.9 MPa, Tensile strength = 30.8 ± 6.8 MPa, Elongation at break = 31.1 ± 6.4%) considering the proposed application. Biological activity assays were performed on extracted fucoidan, and a high antioxidant activity (2.6 to 62.4%) was reported for concentrations between 0.17 and 1.17 mg.mL-1. Fucoidan does not present cytotoxicity up to 200 μg.mL-1, however, it was not possible to conclude about its anti-inflammatory activity, since it was shown to induce nitric oxide (NO) production in mouse leukaemic monocyte macrophage cells (RAW 264.7), although it partially inhibited NO production in lipopolysaccharide (LPS) stimulated cells. Thus, we can conclude that the incorporation of fucoidan in BC membranes was successful and that these composites have characteristics that may allow its application as a dressing for skin regeneration.